۶ جزء مهم خودروهای الکتریکی

خودروهایی که بخشی از نیروی محرکه‌شان را از برق تأمین می‌کنند، روزبه‌روز رایج‌تر می‌شوند؛ از سال ۲۰۰۷ تاکنون بیش از ۲۵۰٬۰۰۰ خودروی هیبرید الکتریکی به فروش رسیده است. ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی که زمانی تنها در چند شهر بزرگ محدود بودند، اکنون در سراسر ایالات متحده یافت می‌شوند و بیش از ۱۴٬۰۰۰ ایستگاه از سواحل به سواحل فعال هستند.

فناوری‌های بنیادی که امکان ساخت خودروهای الکتریکی را فراهم می‌کنند، سال‌هاست وجود دارند، اما تنها اخیراً کنار هم قرار گرفته‌اند تا خودروهایی فوق‌العاده ایمن، کم‌مصرف و با برد بالا تولید کنند. زیرساخت‌ها در تلاش برای همگام شدن با فرصتی که این خودروهای جدید فراهم کرده‌اند، با مشکل مواجه شدند، اما اکنون آینده روشنی در پیش دارند. برای مهندسین برق, ارزش دارد نگاهی دقیق به ویژگی‌ها و اجزای مهم یک خودروی الکتریکی و نحوهٔ مقابلهٔ آن‌ها با چالش‌های گوناگون بیندازیم.

بیایید برخی از مهم‌ترین بخش‌های خودروی الکتریکی را بررسی کنیم:

باتری

اگرچه بسیاری از مردم وقتی به خودروهای الکتریکی فکر می‌کنند، به هیبریدهای بنزینی-برقی می‌اندیشند، اما خودروهای تماماً الکتریکی باتری‌دار (BEV) بیشترین هیجان را برمی‌انگیزند. باتری‌ها را می‌توان از طریق برق معمولی شبکه در یک ایستگاه شارژ تخصصی شارژ کرد. علاوه بر فناوری‌های مرسوم باتری لیتیوم-یون، دست‌کم چهار فناوری اصلی باتری اکنون وجود دارد: حالت جامد، یون آلومینیوم، گوگرد-لیتیوم و فلز-هوا. اگرچه بردهای بالای ۲۰۰ مایل یا بیشتر اکنون قابل دستیابی هستند، اما برد حدود ۷۰ تا ۱۰۰ مایل در یک شارژ کامل رایج‌تر است.

کنترل‌کننده موتور

سیستم کنترل، عملکرد کامل خودروی الکتریکی و توزیع توان آن را در هر لحظه مدیریت می‌کند. این سیستم تمام شاخص‌های کلیدی عملکرد، از جمله شاخص‌های مربوط به راننده، موتور، باتری، کنترل‌کننده موتور، پدال گاز و موارد دیگر را نظارت و تنظیم می‌کند. این سیستم که به یک ریزپردازنده قدرتمند مجهز است، می‌تواند جریان را محدود یا هدایت مجدد کند – چه برای بهبود عملکرد مکانیکی دستگاه و چه برای سازگار شدن با سبک رانندگی راننده. به‌طور کلی، کنترل‌کننده‌های پیشرفته‌تر قادر به دقت بیشتر و در نتیجه، کارایی بالاتر هستند.

موتور الکتریکی

موتورهای الکتریکی را می‌توان طوری ساخت که از جریان متناوب (AC) یا مستقیم (DC) استفاده کنند. موتورهای AC معمولاً ارزان‌تر و سبک‌تر از موتورهای DC هستند و در بار کامل به بازدهی حدود ۹۵ درصد می‌رسند، در حالی که بازدهی موتورهای AC بین ۸۵ تا ۹۵ درصد است. موتورهای AC در سایر انواع دستگاه‌های الکتریکی رایج‌ترند و عمدتاً به دلیل تعداد کمتر قطعات متحرک، کمتر دچار سایش و فرسودگی مکانیکی می‌شوند. با این حال، فناوری AC به یک کنترل‌کننده پیچیده‌تر نیاز دارد.

بازیافت انرژی ترمز

فرمینگ بازتولیدی، با توانایی افزایش برد یک خودروی الکتریکی، در تقریباً تمام مدل‌های هیبریدی و BEV (خودروی الکتریکی باتری‌دار) موجود در جاده به کار گرفته شده است. به‌طور ساده، این سیستم امکان استخراج انرژی از اجزای ترمزشده را فراهم می‌کند تا به‌جای هدررفتن، دوباره مورد استفاده قرار گیرد. وقتی راننده ترمز را فعال می‌کند، موتور الکتریکی به حالت معکوس درمی‌آید و خودِ موتور بیشتر “ترمز” را انجام می‌دهد و بدین ترتیب از هدررفت انرژی جنبشی جلوگیری می‌کند. این در تضاد با سیستم‌های متعارف است که از لنت‌های ترمز استفاده می‌کنند و برای ایجاد ترمزگیری اصطکاک را در سطوح مختلف تولید می‌کنند.

سیستم محرکه

وظیفهٔ سیستم محرکه انتقال انرژی مکانیکی به چرخ‌های محرک و ایجاد حرکت است. یک خودروی الکتریکی نیازی به چیزی شبیه به گیربکس‌های متعارف ندارد – اما بسته به قطعات به‌کاررفته، چندین پیکربندی داخلی متفاوت وجود دارد. برای مثال، یک موتور الکتریکی بزرگ ممکن است از طریق یک محفظهٔ دیفرانسیل به چرخ‌های عقب متصل شود. برخی طراحی‌ها از چندین موتور کوچک‌تر استفاده می‌کنند که هر چرخ را به‌طور جداگانه به حرکت درمی‌آورند.

کارایی انرژی و تأثیر زیست‌محیطی

جای تعجب نیست که تأثیر زیست‌محیطی یکی از قانع‌کننده‌ترین استدلال‌ها برای خودروی الکتریکی است. تحقیقات نشان داده است که حتی آن خودروهای تمام‌الکتریکی که با استفاده از آلوده‌ترین مناطق شبکه برق ایالات متحده شارژ می‌شوند، باز هم آلودگی کمتری نسبت به خودروهای بنزینی تولید می‌کنند. خودروهای الکتریکی به روش‌های مختلفی مصرف انرژی را کاهش می‌دهند، از جمله با خاموش کردن خودکار موتور در حالت بیکاری، کاری که برای خودروهای معمولی کارآمد نخواهد بود. علاوه بر این، کاربران این خودروها می‌توانند سالانه ۱TP4T۱٬۰۰۰ دلار یا بیشتر در مقایسه با هزینه یک خودروی بنزینی صرفه‌جویی کنند.

آینده برای خودروی الکتریکی روشن است

از آنجا که مردم به دنبال راه‌هایی برای برآورده کردن نیازهای رفت‌وآمد خود با حداقل تأثیر زیست‌محیطی و هزینه، خودروهای برقی مطمئناً جایگاه برجسته خود را در بازار خودروی مدرن حفظ خواهند کرد. اگرچه اولین خودروی هیبریدی در دهه ۱۸۰۰ ساخته شد، اما تا اواخر دهه ۱۹۶۰ به هیچ نوع خودروی برقی به طور جدی توجه نمی‌شد. خودروهای برقی مصرفی تا اوایل قرن گذشته به طور گسترده در دسترس نبودند و زیرساخت‌های لازم برای استفاده از آنها تنها در چند سال اخیر ایجاد شده است. در این زمینه، رشد سریع خودروهای برقی واقعاً شگفت‌انگیز است. مهندسان برق در حالی که این فناوری هیجان‌انگیز به تکامل خود ادامه می‌دهد، در خط مقدم این تغییر قرار خواهند داشت. تنها در عرض چند دهه، وسایل نقلیه الکتریکی می‌توانند به نیروی غالب در جاده‌های آمریکا تبدیل شوند.